流量センサユニット及びその組立方法
【課題】従来よりも部品点数を削減しかつセンサ管の端部を確実にシールすることができる流量センサユニットを提供する。
【解決手段】発熱抵抗線３３ａ、３３ｂが巻回され、一端から他端に向ってガスが流動するセンサ管３１を有し、センサケース６に収容されるセンサ部材３と、センサケース６が装着されるケース溝２３ケース溝で仕切られ、締結用貫通穴２１１が形成された第１表面２１及び締結用貫通穴２２１が形成された第２表面２２を有するベース部材２とを備え、ケース溝２３の底面にセンサ管３１の一端部を受取るセンサ管用貫通穴２３１とセンサ管３１の他端部に固着されたリング状フランジ部材３４が圧入されるフランジ用貫通穴２３２が設けられるとともに、センサ管用貫通穴２３１、フランジ用貫通穴２３２の端部にシール部材４ａ、４ｂが装着される。
【解決手段】発熱抵抗線３３ａ、３３ｂが巻回され、一端から他端に向ってガスが流動するセンサ管３１を有し、センサケース６に収容されるセンサ部材３と、センサケース６が装着されるケース溝２３ケース溝で仕切られ、締結用貫通穴２１１が形成された第１表面２１及び締結用貫通穴２２１が形成された第２表面２２を有するベース部材２とを備え、ケース溝２３の底面にセンサ管３１の一端部を受取るセンサ管用貫通穴２３１とセンサ管３１の他端部に固着されたリング状フランジ部材３４が圧入されるフランジ用貫通穴２３２が設けられるとともに、センサ管用貫通穴２３１、フランジ用貫通穴２３２の端部にシール部材４ａ、４ｂが装着される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス流量、例えば半導体製造装置に使用されるプロセスガスの質量流量を検出するための流量センサユニット及びその組立方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置では、基板表面への成膜や基板内部のエッチング又はクリーニングを行うために、プロセスガス（不活性ガス、還元性ガスあるいは腐食性ガス）が使用され、ガス流量を正確に制御するために、質量流量制御装置が設けられている。この質量流量制御装置には、測定範囲が広くかつ低コストでガスの質量流量を検出できるという利点を有する熱式質量流量センサが組み込まれ、例えばセンサ部分とガスが直接接触しないので、腐食性ガスの測定も可能であるキャピラリ式質量流量センサ（以下単に「流量センサ」という。）が使用されている。
【０００３】
上記の流量センサは、流路にガスの流れ方向に沿って設置されたバイパス管を迂回するように設けたセンサ管（バイパス管を流れるガスよりも少量のガスを一定の比率で流すための毛細管）を有し、このセンサ管に、直列に接続された一対の発熱抵抗線が巻回され、発熱抵抗線をセンサ回路に接続して（センサ回路の抵抗とブリッジ回路を形成する）、質量流量信号が出力されるように構成される。すなわち上流側の発熱抵抗巻線はガスによって冷却され、下流側の発熱抵巻線はガスによって上流側から運ばれる熱によって加熱されるので、熱バランスの変動により発熱抵巻線の抵抗値が変化することにより、センサ回路から質量流量信号が出力される。
【０００４】
上記の流量センサは、センサ管が固着された平板状のベースをバイパス管が内蔵されたガス流路部に設置することにより組立られる。この流量センサにおいては、センサ管とバイパス管との接続部からガスが漏出することを防止するために、センサ管の端部に円板状（リング状）のフランジを固着してセンサ管を気密にシールしてバイパス管から分岐させるようにした構造が採用されている。例えば特許文献１には、ボルト穴を有する略四角板状のベースにセンサ管の通る孔とセンサ管を孔まで案内するスリットを形成した板状のベースを作製し、発熱抵抗線が巻回されたセンサ管の端部に円板状（リング状）のフランジを溶接し、このセンサ管を孔まで移動させ、センサカバーを被せることによりセンサ部分を組立ることが記載されている（特許文献１の第２頁右欄第第１３行−第３頁左欄第１３行及び図１参照）。このセンサ部分は、ベースに設けたボルト穴を横方向に結ぶように横割れ防止用プレートを戴置しかつベースの底面とバイパス管体との間にセンサ管の端部をシールするＯリングが保持されたリングガイドを介装した状態でバイパス管体に取付けられる（特許文献１の第３頁左欄第１４−４４行及び図５参照）。
【０００５】
また特許文献１には、ベースにスリットを設ける代わりに、センサ管の通る孔の中央を通るラインでベースを分割し、センサ管をこの孔に位置付けた後に、分割されたベースを再結合することも記載されている（特許文献１の第３頁右欄第２２−２８行及び図８参照）。
【０００６】
特許文献１には、フランジとセンサ管を溶接してから上記のベースに位置付けるので、フランジとセンサ管をロウ付けした場合の残留したフラックスによる流体への不純物混入が解消され、またベースにスリットを設けるか又はベースを分割することにより、センサ装置を簡単に作製できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平６−６３８０５号公報（実施例、図１、図５、図８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の図１に記載された構造であると、ベースに２条のスリット（切り込み）が形成されるので、ベースを補強するために横割れ防止用プレートが必要となり、またＯリングを保持するリングガイドも使用するので、部品点数が多く製作コストが高くなり、流量センサの組立工程も複雑化するという問題がある。また特許文献１の図８に記載された構造においては、分割されたベースにセンサ管を位置付けた後に分割された部材を結合するといった手間の掛かる作業が必要になるという問題がある。
【０００９】
本発明の第１の目的は、従来よりも部品点数を削減しかつセンサ管の端部を確実にシールすることができる流量センサユニットを提供することである。
【００１０】
本発明の第２の目的は、従来よりも少ない部品でかつ簡単な作業で流量センサユニットが得られる組立方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記第１の目的を達成するために、本発明の質量流量センサユニットは、発熱抵抗線が巻回され、一端から他端に向ってガスが流動するセンサ管を有し、センサケースに収容されるセンサ部材と、前記センサケースが装着されるケース溝で仕切られ、締結用貫通穴が形成された第１表面及び第２表面を有するベース部材とを備え、前記ケース溝の底面に前記センサ管の一端部を受取るセンサ管用貫通穴と前記センサ管の他端部に固着されたリング状フランジ部材が圧入されるフランジ用貫通穴が設けられるとともに、前記センサ管用貫通穴及びフランジ用貫通穴の端部にシール部材が装着されることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明において、前記センサ管の一端部に圧損管を内挿・固着することが好ましい。
【００１３】
上記第２の目的を達成するために、本発明の質量流量センサユニットの組立方法は、底面にセンサ管用貫通穴とフランジ用貫通穴を有するケース溝が形成されかつこれらの貫通穴の端部にシール部材が保持される保持溝が形成されたブロック状のベース部材と直管状のセンサ管と圧損管と一対の発熱抵抗線とリング状フランジ部材とセンサケースを準備する工程と、前記センサ管の一端部と前記圧損管の端部を固着しかつ前記センサ管の他端部に前記フランジ部材を固着するセンサ管作製工程と、前記センサ管の一端部を前記ベース部材に固着するセンサ管固着工程と、前記センサ管を逆Ｕ字状に成形するセンサ管成形工程と、前記発熱抵抗線を前記センサ管に巻回してから前記フランジ部材を前記ベースに圧入するフランジ部材圧入工程と、前記ベース部材に前記センサケースを装着するケース装着工程と、前記ベース部材をシール部材がセットされた平坦な取付け面に締結することにより、前記シール部材を前記保持溝に装着するセンサユニット取付工程を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の質量流量センサユニットによれば、センサ管の一方の端部をベースに固着し、センサ管の他端部に固着したフランジ部材をベース部材に固着した構造を有し、ベース部材のガス流入側端部とガス流出側端部にシール部材を保持するので、従来の質量流量センサユニットよりも少ない部品でセンサ管とガス流路（例えばバイパス流路部）とのシール性を向上させた流量センサユニットを得ることができる。
【００１５】
また本発明の質量流量センサユニットの組立方法によれば、シール部材を保持するための保持溝を有するベース部材をシール部材がセットされた取付け面に締結することにより、締結作業と同時にシール部材が保持溝に装着されるので、従来よりも少ない部品でしかも簡単な作業で流量センサユニットを組立ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る質量流量センサユニットをバイパス流路部に設置した状態を示す斜視図である。
【図２】センサ管に圧損管とフランジ部材を固着する状態を示す斜視図である。
【図３】ベース部材にセンサ管を固着する工程を示す斜視図であり、（ａ）はセンサ管の一端が固着されたベース部材にセンサ管の他端部を固着する状態を示す斜視図、（ｂ）はベースに両端部が固着されたセンサ管に曲げ加工を施した状態を示す斜視図である。
【図４】図３（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】センサ部材にセンサケースを被せる状態を示す斜視図である。
【図６】センサユニットをバイパス流路部に取付ける工程を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１８】
＜質量流量制御装置＞
図１に示すように、質量流量制御装置１００は、流入口１１から導入されたガスを複数の流路に分流するバイパス管（不図示）を有する直方体状のバイパス流路部１０と、固定用ねじ５ａ、５ｂ（例えば六角穴付小ねじ）によりその上面１２に固着される質量流量センサユニット１と、バイパス流路部１０の上面１２に形成された流量制御弁支持孔１３に設置される流量制御弁（不図示）を有する。
【００１９】
＜質量流量センサユニット＞
質量流量センサユニット１は、平板状のベース部材２と、ベース部材２に支持されるセンサ部材（不図示）と、センサ部材が収容されるセンサケース６を含む。このセンサケース６に収容されるセンサ部材は、上記流量制御弁の駆動回路（不図示）を有する外部基板６５に接続されている。センサケース６を形成する部材及びその内部に収容されるセンサ部材については、後述する。
【００２０】
＜質量流量センサユニットの組立＞
質量流量センサユニット１（以下単に「センサユニット１」という。）は、上記のベース部材２に加えて、一対の発熱抵抗線３３ａ、３３ｂと、これらが巻回されるセンサ管３１と、ガスが流動するセンサ管３１の一端側（上流側）に内挿・固着される圧損管３２、センサ管６１の他端側に外挿・固着されるリング状のフランジ部材３４及びセンサケース６を構成する部材を含む各種部品を準備し、図２〜６に示す工程を実施することにより組立ることができる。
【００２１】
（ベース部材の準備）
センサ部材を支持するベース部材２は図３に示す形状を有する。このベース部材２は、固定用ねじ５ａ（例えば六角穴付小ねじ）が貫通する固定用貫通穴２１１を有する第１表面２１と、固定用ねじ５ｂ（例えば六角穴付小ねじ）が貫通する固定用貫通穴２２１を有する第２表面２２を含む。固定用貫通穴２１１、２２１は上記の固定用ねじの頭部を沈めるために深ざぐりを有する。このベース部材２は、第１表面２１と第２表面２２の間にセンサケース６（図１参照）の端部が差し込まれるケース溝２３を有する。このケース溝２３の底面には、センサ管３１の一端部が挿入されるセンサ管用貫通穴２３１と、センサ管３１の他端部に固着されるフランジ部材３４が挿入されるフランジ用貫通穴２３２が形成されている（図３（ａ）参照）。センサ管用貫通穴２３１とフランジ用貫通穴２３２の端面側には、シール部材を保持する保持溝２４１、２４２（図４参照）が形成されるので、従来のようなシール部材を保持するための部材を省略することが可能となり、簡単な構造でセンサ管の両端部のシール性を確保することができる。
【００２２】
（センサ管の準備）
図２に示すようにセンサ管３（直管状のパイプ）は、一端部３１１に圧損管３２を挿入・固着し、他端部３１２にリング状のフランジ部材３３を外嵌・固着することにより作製される。
【００２３】
（センサ管とベース部材との固着）
ベース部材２には、圧損管３２が挿入されたセンサ管３１の一端部３１１（上流側端部）が固着される（図３（ａ）及び図４参照）。センサ管３１の他端部３１２にはリング状のフランジ部材３４が固着されるとともに、センサ管３１は図３（ａ）の矢印で示す方向に湾曲されることにより、フランジ部材３４はベース２のフランジ用貫通穴２３２に圧入される（図３（ｂ）及び図４参照）。センサ管の一端部３１２は、例えばレーザ溶接又はロウ付けの手法によりベース２に固着することができる。レーザ溶接については、後述する。
【００２４】
このセンサ管３１は、図４に示すように、ガスが流入する側の一端部３１１に、例えばレーザ溶接の手法により圧損管３２が固着され（溶接部をＷｐで示す。）、この一端部３１２はベース部材２に例えばレーザ溶接の手法によりベース部材２に固着される（溶接部をＷｓで示す。）。また、センサ管３１のガスが流出する側の他端部３１２は、例えばレーザ溶接（溶接部をＷｆで示す。）の手法によりフランジ３４に固着され、このフランジ３４はベース部材２に保持（圧入）される。またケース溝２３の底面に形成されたセンサ管用貫通穴２３１及びフランジ用貫通穴２３２の端部には各々、シール部材４ａ、４ｂを保持するための保持溝２４１及び２４２が形成されている。
【００２５】
（センサ部材の形成）
一端がベース部材２に接合されたセンサ管３１に巻線を施しさらにセンサ管３１に曲げ加工を施すことにより、センサ部材３が得られる。例えば、全体を加熱炉（例えば焼鈍炉）に装入して、センサ管３１を加熱してからセンサ管３１に一対の発熱抵抗線３３ａ、３３ｂを巻回する（図３（ａ）参照）。次いでこのセンサ管３１に曲げ加工を施してセンサ管３１を略逆Ｕ字状の形状に成形した後、フランジ部材３４をベース部材２に圧入することにより、ベース部材２に支持されたセンサ部材３が得られる（図３（ｂ）参照）。
【００２６】
（センサユニットの組立）
発熱抵抗線３３ａ、３３ｂの端部が内部基板６２に半田付け等で接続され、この内部基板６２は、外部基板６５に半田付けにより接続された後、カバー６１に形成された空孔６１１に組込まれる。カバー６１の内部に断熱材６３（例えばセラミックペーパ）を充填し、次いでカバー６１の開放面にフタ６４を取付けることによりセンサケース６が作製される。このセンサケース６をベース部材２のケース溝２３に嵌め込むことによりセンサユニット１が組立られる（図５、６参照）。
【００２７】
（質量流量制御装置の組立）
図６に示すように、上記のセンサユニット１は、流入口１１を有するバイパス流路部１０の上面１２に設置されて質量流量制御装置が組立られる。バイパス流路部１０の上面１２には、そこにベース部材２が設置されたときにセンサ管と連通するセンサ孔１２１ａ、１２１ｂが形成され、また固定用ねじ５ａ、５ｂ（例えば六角穴付小ねじ）がねじ込まれるねじ穴１２２ａ、１２２ｂが形成されている。まず、上面１２のセンサ孔１２１ａ、１２１ｂをシールする位置にシール部材４ａ、４ｂを配置し、次いでベース部材２をバイパス流路部１０の上方で、かつベース部材２の底面に設けた保持溝２４１、２４２（図４参照）にシール部材４ａ、４ｂが納まる位置に配置した後、ベース部材２を上面１２に搭載してから固定用ねじ５ａ、５ｂをねじ穴１２２ａ、１２２ｂにねじ込むことにより、センサユニット１はバイパス流路部１０の上面１２に取付けられる（図６参照）。最後にバイパス流路部１０の上面１２に設けられた流量制御弁用支持孔１３に流量制御弁（不図示）が設置されることにより質量流量制御装置が組立られる。
【００２８】
上記のセンサユニット１によれば、センサ管の流入口と流出口がベース部材に保持されシール部材でシールされるので、従来のようなシール保持部材（特許文献１に記載されたリングガイド）が不要となり、センサユニットの部品点数を削減することができる。しかもベース部材２をバイパス流路部１０に搭載すると同時に、シール部材がベース部材に保持（嵌装）され、また上方からの作業でセンサユニットとバイパス流路部の結合とセンサ管のシールが行われるので、簡単な組立作業となる。
【００２９】
＜質量流量制御装置の動作＞
図１に示す質量流量制御装置１００によれば、次のようにしてガス流量を制御することができる。バイパス流路部１１を流れるガスは、そこに内蔵されたバイパス管（不図示）から分岐されたセンサ管３１に流入する。上流側の発熱抵抗巻線３３ａはガスによって冷却され、下流側の発熱抵巻線３３ｂはガスによって上流側から運ばれる熱によって加熱されるので、発熱抵巻線の抵抗値変化に応じて出力される信号を内部基板６２に形成されたセンサ回路で取り出して、この流量信号を外部基板６５に形成された駆動回路に出力することにより、流量制御弁を駆動して、プロセスガスの流量を制御することができる。
【００３０】
この質量流量制御装置１００において、センサ管３１の上流側端部に圧損管３２が内挿されているので、温度差のあるガスの自然循環流に起因する所謂サーマルサイフォン現象に伴うゼロ点変動の問題を軽減することができる。また、質量流量制御装置１００の上流側のガス圧力に変動が生じた場合でも、この圧損管３２の下流側には圧力変動が伝播しにくくなるので、質量流量を精度良く検出することができる。
【００３１】
＜主要部品の材質＞
本発明において、ベース部材２は、例えばオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６材）等の金属材料で作製することができる。固定用ねじ５ａ、５ｂは、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ材）で作製し、センサ管３１及び圧損管３２は、耐食性を有する金属材料（例えばオーステナイト系ステンレス鋼）又はニッケル合金等で作製し、センサケース６及びカバー６４は熱伝導率の高い材料（アルミニウム合金等）で作製することができる。またシール部材４ａ、４ｂとしては例えば耐熱性の大なる材料（オーステナイト系ステンレス鋼）からなる中空金属Ｏリングを使用することができる。
【００３２】
＜レーザ溶接＞
センサ管とベース部材との接合などは、ロウ付で行うことができるが溶接（特にレーザ溶接）が好ましい。すなわちレーザ溶接は、発信器から出射されるレーザ光（ＣＯ２レーザ又はＹＡＧレーザ）を光学系（例えばレンズ）で微小スポットに集光させ、被接合部に照射・溶融させるもので、非接触で溶接が可能で、また異種金属の溶接も可能で、さらにビード幅が狭く低歪溶接が可能となるという利点を有するので、本発明におけるセンサ管とベース部材、圧損防止管又はフランジ部材との接合には好適である。
【符号の説明】
【００３３】
１：質量流量センサユニット、
２：ベース部材、２１：第１表面、２１１：締結用貫通穴、２２：第２表面、２１１：固定用貫通穴、２２１：締結用貫通穴、２３：ケース溝、２３１：センサ管用貫通穴、２４１：保持溝、２３２：フランジ用貫通穴、２４２：保持溝
３：センサ部材、３１：センサ管、３１１：一端部、３１２：他端部、３２：圧損管、３３ａ、３３ｂ：発熱抵抗線、３４：フランジ部材、
４ａ、４ｂ：シール部材、
５ａ、５ｂ：固定用ねじ、
６：センサケース、６１：カバー、６１１：空孔、６２：内部基板、６３：断熱材、
６４：フタ、６５：外部基板、
１０：バイパス流路部、１１：流入口、１２：上面、１２１ａ、１２１ｂ：センサ孔、
１２２ａ、１２２ｂ：ねじ穴、１３：流量制御弁用支持孔、Ｗｓ、Ｗｐ、Ｗｆ：溶接部
１００：質量流量制御装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス流量、例えば半導体製造装置に使用されるプロセスガスの質量流量を検出するための流量センサユニット及びその組立方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置では、基板表面への成膜や基板内部のエッチング又はクリーニングを行うために、プロセスガス（不活性ガス、還元性ガスあるいは腐食性ガス）が使用され、ガス流量を正確に制御するために、質量流量制御装置が設けられている。この質量流量制御装置には、測定範囲が広くかつ低コストでガスの質量流量を検出できるという利点を有する熱式質量流量センサが組み込まれ、例えばセンサ部分とガスが直接接触しないので、腐食性ガスの測定も可能であるキャピラリ式質量流量センサ（以下単に「流量センサ」という。）が使用されている。
【０００３】
上記の流量センサは、流路にガスの流れ方向に沿って設置されたバイパス管を迂回するように設けたセンサ管（バイパス管を流れるガスよりも少量のガスを一定の比率で流すための毛細管）を有し、このセンサ管に、直列に接続された一対の発熱抵抗線が巻回され、発熱抵抗線をセンサ回路に接続して（センサ回路の抵抗とブリッジ回路を形成する）、質量流量信号が出力されるように構成される。すなわち上流側の発熱抵抗巻線はガスによって冷却され、下流側の発熱抵巻線はガスによって上流側から運ばれる熱によって加熱されるので、熱バランスの変動により発熱抵巻線の抵抗値が変化することにより、センサ回路から質量流量信号が出力される。
【０００４】
上記の流量センサは、センサ管が固着された平板状のベースをバイパス管が内蔵されたガス流路部に設置することにより組立られる。この流量センサにおいては、センサ管とバイパス管との接続部からガスが漏出することを防止するために、センサ管の端部に円板状（リング状）のフランジを固着してセンサ管を気密にシールしてバイパス管から分岐させるようにした構造が採用されている。例えば特許文献１には、ボルト穴を有する略四角板状のベースにセンサ管の通る孔とセンサ管を孔まで案内するスリットを形成した板状のベースを作製し、発熱抵抗線が巻回されたセンサ管の端部に円板状（リング状）のフランジを溶接し、このセンサ管を孔まで移動させ、センサカバーを被せることによりセンサ部分を組立ることが記載されている（特許文献１の第２頁右欄第第１３行−第３頁左欄第１３行及び図１参照）。このセンサ部分は、ベースに設けたボルト穴を横方向に結ぶように横割れ防止用プレートを戴置しかつベースの底面とバイパス管体との間にセンサ管の端部をシールするＯリングが保持されたリングガイドを介装した状態でバイパス管体に取付けられる（特許文献１の第３頁左欄第１４−４４行及び図５参照）。
【０００５】
また特許文献１には、ベースにスリットを設ける代わりに、センサ管の通る孔の中央を通るラインでベースを分割し、センサ管をこの孔に位置付けた後に、分割されたベースを再結合することも記載されている（特許文献１の第３頁右欄第２２−２８行及び図８参照）。
【０００６】
特許文献１には、フランジとセンサ管を溶接してから上記のベースに位置付けるので、フランジとセンサ管をロウ付けした場合の残留したフラックスによる流体への不純物混入が解消され、またベースにスリットを設けるか又はベースを分割することにより、センサ装置を簡単に作製できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特公平６−６３８０５号公報（実施例、図１、図５、図８）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の図１に記載された構造であると、ベースに２条のスリット（切り込み）が形成されるので、ベースを補強するために横割れ防止用プレートが必要となり、またＯリングを保持するリングガイドも使用するので、部品点数が多く製作コストが高くなり、流量センサの組立工程も複雑化するという問題がある。また特許文献１の図８に記載された構造においては、分割されたベースにセンサ管を位置付けた後に分割された部材を結合するといった手間の掛かる作業が必要になるという問題がある。
【０００９】
本発明の第１の目的は、従来よりも部品点数を削減しかつセンサ管の端部を確実にシールすることができる流量センサユニットを提供することである。
【００１０】
本発明の第２の目的は、従来よりも少ない部品でかつ簡単な作業で流量センサユニットが得られる組立方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記第１の目的を達成するために、本発明の質量流量センサユニットは、発熱抵抗線が巻回され、一端から他端に向ってガスが流動するセンサ管を有し、センサケースに収容されるセンサ部材と、前記センサケースが装着されるケース溝で仕切られ、締結用貫通穴が形成された第１表面及び第２表面を有するベース部材とを備え、前記ケース溝の底面に前記センサ管の一端部を受取るセンサ管用貫通穴と前記センサ管の他端部に固着されたリング状フランジ部材が圧入されるフランジ用貫通穴が設けられるとともに、前記センサ管用貫通穴及びフランジ用貫通穴の端部にシール部材が装着されることを特徴とするものである。
【００１２】
本発明において、前記センサ管の一端部に圧損管を内挿・固着することが好ましい。
【００１３】
上記第２の目的を達成するために、本発明の質量流量センサユニットの組立方法は、底面にセンサ管用貫通穴とフランジ用貫通穴を有するケース溝が形成されかつこれらの貫通穴の端部にシール部材が保持される保持溝が形成されたブロック状のベース部材と直管状のセンサ管と圧損管と一対の発熱抵抗線とリング状フランジ部材とセンサケースを準備する工程と、前記センサ管の一端部と前記圧損管の端部を固着しかつ前記センサ管の他端部に前記フランジ部材を固着するセンサ管作製工程と、前記センサ管の一端部を前記ベース部材に固着するセンサ管固着工程と、前記センサ管を逆Ｕ字状に成形するセンサ管成形工程と、前記発熱抵抗線を前記センサ管に巻回してから前記フランジ部材を前記ベースに圧入するフランジ部材圧入工程と、前記ベース部材に前記センサケースを装着するケース装着工程と、前記ベース部材をシール部材がセットされた平坦な取付け面に締結することにより、前記シール部材を前記保持溝に装着するセンサユニット取付工程を含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の質量流量センサユニットによれば、センサ管の一方の端部をベースに固着し、センサ管の他端部に固着したフランジ部材をベース部材に固着した構造を有し、ベース部材のガス流入側端部とガス流出側端部にシール部材を保持するので、従来の質量流量センサユニットよりも少ない部品でセンサ管とガス流路（例えばバイパス流路部）とのシール性を向上させた流量センサユニットを得ることができる。
【００１５】
また本発明の質量流量センサユニットの組立方法によれば、シール部材を保持するための保持溝を有するベース部材をシール部材がセットされた取付け面に締結することにより、締結作業と同時にシール部材が保持溝に装着されるので、従来よりも少ない部品でしかも簡単な作業で流量センサユニットを組立ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態に係る質量流量センサユニットをバイパス流路部に設置した状態を示す斜視図である。
【図２】センサ管に圧損管とフランジ部材を固着する状態を示す斜視図である。
【図３】ベース部材にセンサ管を固着する工程を示す斜視図であり、（ａ）はセンサ管の一端が固着されたベース部材にセンサ管の他端部を固着する状態を示す斜視図、（ｂ）はベースに両端部が固着されたセンサ管に曲げ加工を施した状態を示す斜視図である。
【図４】図３（ｂ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】センサ部材にセンサケースを被せる状態を示す斜視図である。
【図６】センサユニットをバイパス流路部に取付ける工程を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
【００１８】
＜質量流量制御装置＞
図１に示すように、質量流量制御装置１００は、流入口１１から導入されたガスを複数の流路に分流するバイパス管（不図示）を有する直方体状のバイパス流路部１０と、固定用ねじ５ａ、５ｂ（例えば六角穴付小ねじ）によりその上面１２に固着される質量流量センサユニット１と、バイパス流路部１０の上面１２に形成された流量制御弁支持孔１３に設置される流量制御弁（不図示）を有する。
【００１９】
＜質量流量センサユニット＞
質量流量センサユニット１は、平板状のベース部材２と、ベース部材２に支持されるセンサ部材（不図示）と、センサ部材が収容されるセンサケース６を含む。このセンサケース６に収容されるセンサ部材は、上記流量制御弁の駆動回路（不図示）を有する外部基板６５に接続されている。センサケース６を形成する部材及びその内部に収容されるセンサ部材については、後述する。
【００２０】
＜質量流量センサユニットの組立＞
質量流量センサユニット１（以下単に「センサユニット１」という。）は、上記のベース部材２に加えて、一対の発熱抵抗線３３ａ、３３ｂと、これらが巻回されるセンサ管３１と、ガスが流動するセンサ管３１の一端側（上流側）に内挿・固着される圧損管３２、センサ管６１の他端側に外挿・固着されるリング状のフランジ部材３４及びセンサケース６を構成する部材を含む各種部品を準備し、図２〜６に示す工程を実施することにより組立ることができる。
【００２１】
（ベース部材の準備）
センサ部材を支持するベース部材２は図３に示す形状を有する。このベース部材２は、固定用ねじ５ａ（例えば六角穴付小ねじ）が貫通する固定用貫通穴２１１を有する第１表面２１と、固定用ねじ５ｂ（例えば六角穴付小ねじ）が貫通する固定用貫通穴２２１を有する第２表面２２を含む。固定用貫通穴２１１、２２１は上記の固定用ねじの頭部を沈めるために深ざぐりを有する。このベース部材２は、第１表面２１と第２表面２２の間にセンサケース６（図１参照）の端部が差し込まれるケース溝２３を有する。このケース溝２３の底面には、センサ管３１の一端部が挿入されるセンサ管用貫通穴２３１と、センサ管３１の他端部に固着されるフランジ部材３４が挿入されるフランジ用貫通穴２３２が形成されている（図３（ａ）参照）。センサ管用貫通穴２３１とフランジ用貫通穴２３２の端面側には、シール部材を保持する保持溝２４１、２４２（図４参照）が形成されるので、従来のようなシール部材を保持するための部材を省略することが可能となり、簡単な構造でセンサ管の両端部のシール性を確保することができる。
【００２２】
（センサ管の準備）
図２に示すようにセンサ管３（直管状のパイプ）は、一端部３１１に圧損管３２を挿入・固着し、他端部３１２にリング状のフランジ部材３３を外嵌・固着することにより作製される。
【００２３】
（センサ管とベース部材との固着）
ベース部材２には、圧損管３２が挿入されたセンサ管３１の一端部３１１（上流側端部）が固着される（図３（ａ）及び図４参照）。センサ管３１の他端部３１２にはリング状のフランジ部材３４が固着されるとともに、センサ管３１は図３（ａ）の矢印で示す方向に湾曲されることにより、フランジ部材３４はベース２のフランジ用貫通穴２３２に圧入される（図３（ｂ）及び図４参照）。センサ管の一端部３１２は、例えばレーザ溶接又はロウ付けの手法によりベース２に固着することができる。レーザ溶接については、後述する。
【００２４】
このセンサ管３１は、図４に示すように、ガスが流入する側の一端部３１１に、例えばレーザ溶接の手法により圧損管３２が固着され（溶接部をＷｐで示す。）、この一端部３１２はベース部材２に例えばレーザ溶接の手法によりベース部材２に固着される（溶接部をＷｓで示す。）。また、センサ管３１のガスが流出する側の他端部３１２は、例えばレーザ溶接（溶接部をＷｆで示す。）の手法によりフランジ３４に固着され、このフランジ３４はベース部材２に保持（圧入）される。またケース溝２３の底面に形成されたセンサ管用貫通穴２３１及びフランジ用貫通穴２３２の端部には各々、シール部材４ａ、４ｂを保持するための保持溝２４１及び２４２が形成されている。
【００２５】
（センサ部材の形成）
一端がベース部材２に接合されたセンサ管３１に巻線を施しさらにセンサ管３１に曲げ加工を施すことにより、センサ部材３が得られる。例えば、全体を加熱炉（例えば焼鈍炉）に装入して、センサ管３１を加熱してからセンサ管３１に一対の発熱抵抗線３３ａ、３３ｂを巻回する（図３（ａ）参照）。次いでこのセンサ管３１に曲げ加工を施してセンサ管３１を略逆Ｕ字状の形状に成形した後、フランジ部材３４をベース部材２に圧入することにより、ベース部材２に支持されたセンサ部材３が得られる（図３（ｂ）参照）。
【００２６】
（センサユニットの組立）
発熱抵抗線３３ａ、３３ｂの端部が内部基板６２に半田付け等で接続され、この内部基板６２は、外部基板６５に半田付けにより接続された後、カバー６１に形成された空孔６１１に組込まれる。カバー６１の内部に断熱材６３（例えばセラミックペーパ）を充填し、次いでカバー６１の開放面にフタ６４を取付けることによりセンサケース６が作製される。このセンサケース６をベース部材２のケース溝２３に嵌め込むことによりセンサユニット１が組立られる（図５、６参照）。
【００２７】
（質量流量制御装置の組立）
図６に示すように、上記のセンサユニット１は、流入口１１を有するバイパス流路部１０の上面１２に設置されて質量流量制御装置が組立られる。バイパス流路部１０の上面１２には、そこにベース部材２が設置されたときにセンサ管と連通するセンサ孔１２１ａ、１２１ｂが形成され、また固定用ねじ５ａ、５ｂ（例えば六角穴付小ねじ）がねじ込まれるねじ穴１２２ａ、１２２ｂが形成されている。まず、上面１２のセンサ孔１２１ａ、１２１ｂをシールする位置にシール部材４ａ、４ｂを配置し、次いでベース部材２をバイパス流路部１０の上方で、かつベース部材２の底面に設けた保持溝２４１、２４２（図４参照）にシール部材４ａ、４ｂが納まる位置に配置した後、ベース部材２を上面１２に搭載してから固定用ねじ５ａ、５ｂをねじ穴１２２ａ、１２２ｂにねじ込むことにより、センサユニット１はバイパス流路部１０の上面１２に取付けられる（図６参照）。最後にバイパス流路部１０の上面１２に設けられた流量制御弁用支持孔１３に流量制御弁（不図示）が設置されることにより質量流量制御装置が組立られる。
【００２８】
上記のセンサユニット１によれば、センサ管の流入口と流出口がベース部材に保持されシール部材でシールされるので、従来のようなシール保持部材（特許文献１に記載されたリングガイド）が不要となり、センサユニットの部品点数を削減することができる。しかもベース部材２をバイパス流路部１０に搭載すると同時に、シール部材がベース部材に保持（嵌装）され、また上方からの作業でセンサユニットとバイパス流路部の結合とセンサ管のシールが行われるので、簡単な組立作業となる。
【００２９】
＜質量流量制御装置の動作＞
図１に示す質量流量制御装置１００によれば、次のようにしてガス流量を制御することができる。バイパス流路部１１を流れるガスは、そこに内蔵されたバイパス管（不図示）から分岐されたセンサ管３１に流入する。上流側の発熱抵抗巻線３３ａはガスによって冷却され、下流側の発熱抵巻線３３ｂはガスによって上流側から運ばれる熱によって加熱されるので、発熱抵巻線の抵抗値変化に応じて出力される信号を内部基板６２に形成されたセンサ回路で取り出して、この流量信号を外部基板６５に形成された駆動回路に出力することにより、流量制御弁を駆動して、プロセスガスの流量を制御することができる。
【００３０】
この質量流量制御装置１００において、センサ管３１の上流側端部に圧損管３２が内挿されているので、温度差のあるガスの自然循環流に起因する所謂サーマルサイフォン現象に伴うゼロ点変動の問題を軽減することができる。また、質量流量制御装置１００の上流側のガス圧力に変動が生じた場合でも、この圧損管３２の下流側には圧力変動が伝播しにくくなるので、質量流量を精度良く検出することができる。
【００３１】
＜主要部品の材質＞
本発明において、ベース部材２は、例えばオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６材）等の金属材料で作製することができる。固定用ねじ５ａ、５ｂは、クロムモリブデン鋼（ＳＣＭ材）で作製し、センサ管３１及び圧損管３２は、耐食性を有する金属材料（例えばオーステナイト系ステンレス鋼）又はニッケル合金等で作製し、センサケース６及びカバー６４は熱伝導率の高い材料（アルミニウム合金等）で作製することができる。またシール部材４ａ、４ｂとしては例えば耐熱性の大なる材料（オーステナイト系ステンレス鋼）からなる中空金属Ｏリングを使用することができる。
【００３２】
＜レーザ溶接＞
センサ管とベース部材との接合などは、ロウ付で行うことができるが溶接（特にレーザ溶接）が好ましい。すなわちレーザ溶接は、発信器から出射されるレーザ光（ＣＯ２レーザ又はＹＡＧレーザ）を光学系（例えばレンズ）で微小スポットに集光させ、被接合部に照射・溶融させるもので、非接触で溶接が可能で、また異種金属の溶接も可能で、さらにビード幅が狭く低歪溶接が可能となるという利点を有するので、本発明におけるセンサ管とベース部材、圧損防止管又はフランジ部材との接合には好適である。
【符号の説明】
【００３３】
１：質量流量センサユニット、
２：ベース部材、２１：第１表面、２１１：締結用貫通穴、２２：第２表面、２１１：固定用貫通穴、２２１：締結用貫通穴、２３：ケース溝、２３１：センサ管用貫通穴、２４１：保持溝、２３２：フランジ用貫通穴、２４２：保持溝
３：センサ部材、３１：センサ管、３１１：一端部、３１２：他端部、３２：圧損管、３３ａ、３３ｂ：発熱抵抗線、３４：フランジ部材、
４ａ、４ｂ：シール部材、
５ａ、５ｂ：固定用ねじ、
６：センサケース、６１：カバー、６１１：空孔、６２：内部基板、６３：断熱材、
６４：フタ、６５：外部基板、
１０：バイパス流路部、１１：流入口、１２：上面、１２１ａ、１２１ｂ：センサ孔、
１２２ａ、１２２ｂ：ねじ穴、１３：流量制御弁用支持孔、Ｗｓ、Ｗｐ、Ｗｆ：溶接部
１００：質量流量制御装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱抵抗線が巻回され、一端から他端に向ってガスが流動するセンサ管を有し、センサケースに収容されるセンサ部材と、前記センサケースが装着されるケース溝で仕切られ、締結用貫通穴が形成された第１表面及び第２表面を有するベース部材とを備え、前記ケース溝の底面に前記センサ管の一端部を受取るセンサ管用貫通穴と前記センサ管の他端部に固着されたリング状フランジ部材が圧入されるフランジ用貫通穴が設けられるとともに、前記センサ管用貫通穴及び前記フランジ用貫通穴の端部にシール部材が装着されることを特徴とする質量流量センサユニット。
【請求項２】
前記センサ管の一端部に圧損管が内挿・固着されることを特徴とする請求項１又は２に記載の質量流量センサユニット。
【請求項３】
底面にセンサ管用貫通穴とフランジ用貫通穴を有するケース溝が形成されたブロック状のベース部材と直管状のセンサ管と圧損防止管と一対の発熱抵抗線とリング状フランジ部材とセンサケースを準備する工程と、前記センサ管の一端部と前記圧損管の端部を固着しかつ前記センサ管の他端部に前記フランジ部材を固着するセンサ管作製工程と、前記センサ管の一端部を前記ベース部材に固着するセンサ管固着工程と、前記センサ管を逆Ｕ字状に成形するセンサ管成形工程と、前記発熱抵抗線を前記センサ管に巻回してから前記フランジ部材を前記ベースに圧入するフランジ部材圧入工程と、前記ベース部材に前記センサケースを装着するケース装着工程と、前記ベース部材をシール部材がセットされた平坦な取付け面に締結することにより、前記シール部材を前記保持溝に装着するセンサユニット取付工程を含むことを特徴とする質量流量センサユニットの組立方法。
【請求項１】
発熱抵抗線が巻回され、一端から他端に向ってガスが流動するセンサ管を有し、センサケースに収容されるセンサ部材と、前記センサケースが装着されるケース溝で仕切られ、締結用貫通穴が形成された第１表面及び第２表面を有するベース部材とを備え、前記ケース溝の底面に前記センサ管の一端部を受取るセンサ管用貫通穴と前記センサ管の他端部に固着されたリング状フランジ部材が圧入されるフランジ用貫通穴が設けられるとともに、前記センサ管用貫通穴及び前記フランジ用貫通穴の端部にシール部材が装着されることを特徴とする質量流量センサユニット。
【請求項２】
前記センサ管の一端部に圧損管が内挿・固着されることを特徴とする請求項１又は２に記載の質量流量センサユニット。
【請求項３】
底面にセンサ管用貫通穴とフランジ用貫通穴を有するケース溝が形成されたブロック状のベース部材と直管状のセンサ管と圧損防止管と一対の発熱抵抗線とリング状フランジ部材とセンサケースを準備する工程と、前記センサ管の一端部と前記圧損管の端部を固着しかつ前記センサ管の他端部に前記フランジ部材を固着するセンサ管作製工程と、前記センサ管の一端部を前記ベース部材に固着するセンサ管固着工程と、前記センサ管を逆Ｕ字状に成形するセンサ管成形工程と、前記発熱抵抗線を前記センサ管に巻回してから前記フランジ部材を前記ベースに圧入するフランジ部材圧入工程と、前記ベース部材に前記センサケースを装着するケース装着工程と、前記ベース部材をシール部材がセットされた平坦な取付け面に締結することにより、前記シール部材を前記保持溝に装着するセンサユニット取付工程を含むことを特徴とする質量流量センサユニットの組立方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−１９０６６７（Ｐ２０１０−１９０６６７Ａ）
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−３４１５０（Ｐ２００９−３４１５０）
【出願日】平成２１年２月１７日（２００９．２．１７）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年９月２日（２０１０．９．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月１７日（２００９．２．１７）
【出願人】（０００００５０８３）日立金属株式会社 (2,051)
【Ｆターム（参考）】
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